Određivanje elektromotorne sile izvora napajanja naponu karakteristika. Određivanje elektromotorne sile strujnog izvora

Svrha rada

Svrha je da se prouči direktne struje zakonima i upoznavanje sa naknadu mjerenjem elektromotorna izvor snage napajanja.

Kratka teorija

Elektromotorna sila (EMF) za strujni izvor se zove skalarne fizičke veličine mjerene radom vanjskih sila prilikom kretanja jedinice pozitivni naboj na lancu ili dio zatvorenog kruga koji sadrži izvor napajanja. EMF strujni izvor je potencijalna razlika između njenih polova s ​​otvorenim vanjski krug.

Mjerenje elektromotorne sile koristeći konvencionalne voltmetar je približna, jer u ovom slučaju putem voltmetar i izvor struja teče i voltmetar čitanja jednak pad napona preko unutrašnji otpor uređaja, razlikuje od vrijednosti EMF za pad napona preko unutrašnji otpor izvora. Tako je unutarnji otpor izvora, električnu energiju za Joule-Lenz.

Najtačnijemetodom kompenzacije . Ova metoda se sastoji u činjenici da se nepoznati EMF comcomzuje poznatom potencijalnom razlikom. Nema struje preko izvora, a nepoznati EMF je jednak kompenzacijskom potencijalnom razliku. Šematski dijagram električnog kola je prikazan na Sl. 7

Za rhooordAB koji ima motorD , baterija je povezanaE . struja baterija koja teče kroz žice potenciometar stvara razlika potencijala na njemu. Na lokacijiAD Stvorena je i potencijalna razlika, jednaka padu napona u ovom odeljku. Magnituda taj potencijal razlika može se mijenjati pomicanjem klizača od nule (točkaA ) do maksimuma (tačkaU ).

Ova metoda mjerenja potencijalna razlika se zove potenciometrijski, a potenciometar uključen tzv potenciometar.

Za bodoveA iD stubovi trenutnog izvora sa nepoznatim emfE xkroz galvanometar ili merač potencijalnih razlika. U ovom radu kao potencijalna razlika instrument za merenje je digitalni voltmetar. Osim togaA povezan sa istim polovima izvoraE iE x.Sa zatvorenim ključemK moguće pronaći položaj klizač na zaljd žice, pri čemu je igla u galvanometar ne blokirati i struja na odjeljakAE xD je odsutan U ovom slučaju potencijalna razlika između tačakaD iD jednak je nuli, a emf izvoraE xkompenzovan padom napona na sekcijiAD rheochord

U Ohmovom zakonu možemo pisati:

gdeJa struja u krugu akumulatoraE ;R 1AD- otpornost lokacijeAD rheohord, na kojem se emf kompenzujeE x.

Merenje strujeJa nije moguće izvršiti, budući da su uvedene dodatne greške, već da se koristi eksperiment kalibracije i element sa poznatim emf. Da biste to uradili, umjesto izvoraE x morate uključiti element sa poznatim emfE 0 i pronađite novu poziciju motoraD , pri čemu struja u galvanometru nije prisutna.

Pod ovim uslovima, analogno izrazu (2.04.1), možemo napisati

gdeR 2A -site otporaAD , na kojem se emf kompenzujeE0 .

Ako nema struje kroz galvanometar, struja u izvornom kruguE biće isti, bez obzira na položaj motora rheohorda. Zatim, razdvajajući jedni druge izraze (2.04.1) i (2.04.2), dobijamo:

OtporR 1AD iR 2AD su proporcionalne dužinama odgovarajućih dijelova rheohordal 1 il 2 od svog zajedničkog krajaA na pokretni kontaktD stoga

Otuda konačno imamo:

Pri izvođenju eksperimenta, mora se imati na umu daE moraju biti konstantne i veće u veličini odE 0 iE x,jer samo u ovom slučaju moguće je naći na kotaču takav položaj motoraD , pri čemu se kompenzacija može izvršiti. Lanac treba biti blizu za kratko vrijeme da otkrije prisustvo ili odsustvo struje kroz galvanometar

U ovom radu poznati EMF treba meriti pomoću digitalnog voltmetra.

Metoda kompenzacije za merenje potencijalne razlike se koristi u električnom potenciometru u polju, električno kolo je prikazano na Sl. 8. Ako postoji potencijalna razlika u referentnom području otpornostiR (potenciometar) između tačakam in u potpunosti nadoknađuje potencijalnu razliku između uzemljenih elektrodaM iN , struja kroz galvanometar će biti nula. Potenciometar je opremljen skalom na kojoj se merena vrijednost izmerenog napona.

U geofizika, primijeniti uređaj electroprospecting zove kompenzator, koji kompenzira potencijalna razlika je automatski generirana od strane elektronskih kola. Omogućava lako merenje struje u kolu napajanja i potencijalnu razliku između prijemnih elektroda.

Izvođenje radova

Potrebni uređaji: kružni rheohord, digitalni voltmetar, prekidačS 1 otpora postavljenaR 1 ,R2 ,R3 , dizajniran da promeni struju kroz rheohord, izvorE konstantni napon, izvorE x sa nepoznatim EMF-om, izvorE 0 sa poznatim emf. Svi elementi kola, osim digitalnog voltmetra, sakupljaju se unutar laboratorijskog postolja.


Šema rada eksperimenta je prikazana na Sl. 9 i na panelu štanda.

NAČIN KOMPENZACIJE

Svrha rada: proučiti metod kompenzacije za merenje emisije struje trenutnog izvora. Izmerite emf.

Uređaji i oprema: instalacija za merenje EMF metode kompenzacije struje ili laboratorijska klupa.

Teorijske informacije

Električna struja je usmereno kretanje električnih naelektrisanja. Električnu struju obično karakteriše trenutna jačina - skalarna količina jednaka punjenju koji prolazi kroz presek provodnika u jediničnom vremenu. Jedinica za amperažu (A):

Ako istovremeno intervalima iste količine struje prolaze kroz presek provodnika, onda se takva struja naziva konstantom.

Pravac kretanja pozitivnih punjenja uzima se kao pravac struje.

Fizička količina utvrđena jačinom struje koja prolazi kroz jedinicu površine poprečnog presjeka provodnika pravougaona prema pravcu struje naziva se njegova gustina:

Gustina struje je vektor. Pravac vektora poklapa se s pravcem uređenog kretanja pozitivnih opterećenja.

1826. GS Om eksperimentalno je ustanovio da je struja u homogenom provodniku direktno proporcionalna naponu na njegovim krajevima i obratno proporcionalna otpornosti provodnika:

gdje je u napon na krajevima provodnika; R je otpor provodnika.

Otpor zavisi od materijala od koga je izrađen provodnik, njegovih linearnih dimenzija i oblika:

gde je U specifični električni otpor;l- dužinu provodnika; S je područje odseka. U ovom slučaju, ρ je koeficijent proporcionalnosti koji karakteriše materijal provodnika. Za njegovu jedinicu u sistemu SI prihvaćen je otpor žice dužine 1 m i poprečnog preseka 1 m 2. Jedinica električne otpornosti je ohm; - brojilo (Ohm-m). 1 Ohm · m- ovo je električna otpornost provodnika koji ima električni otpor od 1 Om dužine 1 m i površinu poprečnog presjeka od 1 m 2.

Iskustvo pokazuje da je zavisnost otpornosti (a time i otpora) i temperature opisana linearnim zakonom


p t = p 0 (1 + αt °);

R t = R 0 (1 + αt °), (5)

gde su ρ t i ρ o, R t i r o su otpornosti na električne otpornosti i provodnike na temperaturama t ° C i 0 ° C; α je koeficijent temperature otpora.

Na temperaturama blizu apsolutne nule (-273 ° C), otpor mnogih provodnika takođe teži nuli, tj. provodnik prelazi u superprovodnu državu.

Ako zamenimo (4) u izraz (3) i uzmemo u obzir to

gde je E poljska jačina unutar provodnika, dobijamo Ohmov zakon u diferencijalnom obliku:

gde je električna provodljivost materijala provodnika (γ). Jedinica za merenje je Siemens po metru (S / m). S obzirom na to - napetost

električno polje u provodniku (E), a zatim gustinu struje (j)

Pošto nosači punjenja u svakoj tački pomiču u pravcu vektora, pravci u se podudaraju. Stoga, formula j = γE može se napisati u vektorskom obliku:

To je izraz Ohmovog zakona u diferencijalnom obliku.

U cilju održavanja struje u dirigenta dovoljno dugo vremena, potrebno, je, ka, p, ka, ka, ka, ja, u, ka, ja, od, n, n, n, n, n,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,) neophodno je uspostaviti ciklus optužbi na kojima bi se kretali duž zatvorene trajektorije.

U zatvorenom krugu postoje sekcije na kojima se optužbe kreću u pravcu povećanja potencijala, tj. protiv elektrostatičkog polja. Pokretanje troškova na njih je moguće samo uz pomoć snaga ne-elektrostatičkog porekla, zvane treće strane. Dakle, kako bi se održala struja, potrebne su vanjske sile koje djeluju bilo duž čitavog lanca ili u posebnim dijelovima. Oni mogu biti uzrokovani hemijskim, difuznim procesima, promenljivim magnetnim poljima itd.

Glavna karakteristika spoljašnjih sila je njihova elektromotorna sila, EMF, tj. fizička količina koja je numerički jednaka radu eksternih sila u kretanju jediničnog naboja. Iz definicije EMF-a sledi to

(9)

gde - jačina polja spoljašnjih sila.

Iz formule (9) se može videti da dimenzija ε sovpada sa dimenzijom potencijala i mjeri se u SI sistemu u voltima (B).

Ako je izvor napajanja je u neposrednoj blizini vanjskog opterećenja, ravnomjerno raspoređene duž konture, a zatim je potencijal će linearno opada s udaljenosti od pozitivnog baterija elektroda (sl. 1). Kada se energija električne struje pretvori u unutrašnji provodnik, zagreva se.

J. Joule i E. Lentz eksperimentalno su otkrili da je količina toplote koja se oslobađa u provodniku određena formulom

Q = I 2 Rt, (10)

gde sam struja u dirigentu; R je otpor provodnika; t-time: trenutni protok.

Znajući zakon Ohm i zakon Joule može izvesti Ohm-ov zakon za neuniformnih krug dio, i.e., kao što su elektrostatičke i snage treće strane.

Neka se daje nehomogeni lanac (slika 2).


Prema zakonu očuvanja toplinske energije u odabranom Exalt jednak zbiru djeluju električnog polja silja i vanjskih sila radne struje izvor:

Q = El.polje + Ast.field,

gde A el.field = q (φ A -φ B) - rad elektrostatičkih sila polja; A čl. silence = ± qε - rad spoljnih sila (pozitivno, vidi Sliku 2a, negativan, vidi Sliku 2, b).

Uzimajući u obzir da je Q = I 2 (R + r) t,

gde sam struja u krugu; R - otpornost spoljnog dela kola (opterećenja); r je unutrašnji otpor izvora, dobijamo sledeći izraz:

I 2 (R + r) t = q (φ A -φ B) ± qε.

Uzimajući u obzir da I =, poslednji izraz može biti napisan kao:

I (R + r) q = qφ A -φ B) ± qε.

Smanjivanjem q, dobijamo

I (R + r) = (φ A - φ B) ± ε (11)

Izraz (11) predstavlja Ohm-ov zakon za neuniformnih lanac dio, gdje sam (R + r) - pad napona na stazi U R + r; (φ A - φ B) je potencijalna razlika, označena slovom U bez indeksa.

Koristeći ovaj zakon potrebno je uzeti u obzir pravilo znakova: pravac subcircuit zaobilazeći setova indeksiranje potencijala tačaka A i B.

Pad napona I (R + r) uzima se sa znakom plus ako se strujni smjer poklapa sa pravcem obilaznice odseka kola.

EMF izvora e takođe se uzima sa znakom plus ako se snaga spoljašnjeg polja sila poklapa sa pravcem obilaznice odseka kola.

Ako je lanac zatvoren, npr. φ A = φ in i φ A je φ = 0, onda

Izraz (12) je Ohmov zakon za zatvoreno kolo: ako je otpor opterećenja nula (R = 0), onda je struja kratkog spoja izračunata prema formuli

Jedna od najprikladnijih metoda za određivanje elektromotornih sila je metoda kompenzacije. Dijagram koji ga odražava prikazan je na Sl. 3

(ε 0 je pomoćni izvor struje sa EMF-om za koji je poznato da prekorači emf izvora pod istragom i poznati emf normalnog elementa).

Uz pomoć prekidača K možemo spojiti na kolo bilo izvor koji se ispituje ili normalni element. R, potenciometar - žica sa pokretnim kontakt, trajala od strane skladu sa skalom (umjesto žice rana u spiralu štap se može koristiti).

Uključujemo izvor koji treba istražiti. Napišemo Ohmov zakon za nehomogeni deo lanca:

I r R = (φ c -φ A) -ε x, (14)

gde ja r - struja teče duž galvanometra; R je otpor cijelog nehomogenog dijela.

Sa kontakt kretanje slajda žice, mi promijeniti razlika potencijala φ c -φ A. Od (φ c -φ A) \ u003e ε x, možemo naći poziciju X, u kojoj

(φ c - φ A) = εx (15)

Pod ovim uslovom, ja r = 0; desna strana (14) nestaje. Količina ε x kompenzirana je potencijalnom razlikom φ x -φ A.

Ako se kontakt C pomeri od X do A, potencijalna razlika (φ B -φ A) će biti manja od ε x, a struja če takođe promeniti pravac.

Zamena izvora pod istragom sa normalnim elementom pomoću prekidača K kompenzira svoj EMF (zbog kretanja kontakta C u položaj N). Stanje

φ N -φ A = εh (16)

Obratite pažnju na činjenicu da je nadoknada za EMF moguće samo ako su pomoćni izvor i nadoknađeni izvori povezani istim polovima jedni prema drugima.

Podijelimo jednakost (15) u (16):

S obzirom na to i =, prema Ohmovom zakonu za homogene delove lanca XA i NA

gde je otpor u odeljku XA; R N je otpor u odeljku NA.

Struja koja teče duž jezera je istovremeno ista. Sečenje od I, dobijemo

Otpor stranice je direktno proporcionalan njegovoj dužini.

Zbog toga

gdje je dužina sekcije AX; je dužina odseka AN.

Konačna formula ima oblik

Otpornost ro služi za promenu osetljivosti mikrovoltmetra i štiti ga od visoke struje.

Redosled rada

1. Dobiti pristup od nastavnika. Omogućite instalaciju.

2. Koristite prekidač K 1 za povezivanje izvora.

3. Povežite izvor (vrednost je data on postolju) na kompenzacijsko kolo sa prekidačem K. za održavanje stabilnosti elementa, kolo mora biti uključeno kratko vreme.

11. Odrediti granicu pouzdanosti merenja:

11. Odgovori na odgovor u formi

Test pitanja

1. Kakva je električna struja, trenutna snaga, struja?

2. Izvoditi Ohmov zakon za kompletan lanac.

3. Koje je fizičko značenje EMF-a? Koje su snage treće strane? Koji su njihovi
vrijednost?

4 Šta kompenzuje nepoznati EMF kada se dostigne nulto očitavanje galvanometra?

ʹ.>

LABORATORIJSKI RAD br. 22

DETERMINACIJA ELEKTROENERGETNOSTI IZVORA AKTUELNOSTI PO GLAVNOM KARAKTERISTIKU

Svrha rada: odrediti izvor EMF i njegov unutrašnji otpor.

Uređaji i pribor: transformator, spremnik otpora, ampermetar, voltmetar, ključ.

Metodološka uputstva

Elektromotorna sila (EMF) structure

Razmotrite krug električnog kola (slika 1).



ε


Kao iu bilo kom zatvorenom krugu sa jednim izvorom, struja kroz njega određuje Ohmov zakon:

(2)

Ovde? - elektromotorna sila trenutnog izvora, r - njen unutrašnji otpor i R ext. - otpor spoljnog kruga, koji se u ovom slučaju sastoji od reostata s promenljivom otpornošću R i voltmetrom sa otpornošću Rb povezan paralelno. Veličina spoljašnjeg otpora nalazi se iz izraza za njihovu ukupnu električnu provodljivost:

(3)

Iz (2) sledi:

Shodno tome, U = I je van van pad potencijala na dijelu izvora izvan izvora, meren voltmetrom.

Zaključak koji se može izvući iz jednakosti (4) je da je izvorni EMF? bio bi numerički jednak voltmetru U ako je struja bila nula. Kod iskustva ovo stanje je nemoguće. Zapravo, struja se smanjuje s povećanjem otpora reostat R, ali čak i sa R ​​=?, Što odgovara rupturi kruga, spoljašnji otpor je Rb:

Ali ono što ne može biti eksperimentalno (da bi se dobilo I = 0) može se dobiti metodom ekstrapolacije, tj. propagacije dobila prema izmjerene vrijednosti za region, uvom slučaju - nastavak ovisnosti U = U (I) u vrijednosti od intenzitet struje jednaka nuli.

Da bi se odredio izvor EMF prema tom procesu potrebno je izgraditi struja-napon karakteristika — ovisnost napona na priključcima izvora struje kroz izvor i 2. Ekstrapolacija (nastavak) ove zavisnosti od osovine napona, tj. do vrednosti I = 0, na ovoj osi se isključuje tražena vrijednost izvora EMF-a. Koristeći ga u izrazu (4), možemo odrediti unutrašnji otpor trenutnog izvora:

(5)


Ekstrapolacija na I = 0


Izmerena vrijednost I

Redosled rada

1. Sklopite električno kolo prema dijagramu na sl. 1.

2. Promena reostatske struje u krugu, uklonite karakteristiku strujnog napona, npr. zavisnost voltmetar čitanja (U) iz ampermetar čitanja (I), nastojanju da se ravnomjerno distribuira 6-8

Tabela 1

1. Prema tabeli, konstruišite strujnu karakteristiku (slika 2).

Zemljište karakteristike izgrađen na podacima iskustvo (puna linija) ekstrapolirati na ukrste sa naponom osi (isprekidana linija dio karakterističnih na grafikonu). Tačka preseka strujne karakteristike sa osovinom napona datiće potrebnu veličinu elektromotorne sile.

2. Od pronađene vrednosti? izračunati unutrašnji otpor izvora za sve vrijednosti struje and napona prema formuli:

3. Izračunajte srednju vrednost unutrašnjeg otpora ř i srednju devijaciju.

Napišite rezultat u obliku: r = ř ±? Ø.

Test pitanja

1. Koja je elektromotorna sila trenutnog izvora?

2. Zašto merenje pomoću voltmetra onemogućava određivanje emf trenutnog izvora?

3. Koja je razlika između očitavanja voltmetara povezanog sa trenutnim izvoru i EMF-a ovog izvora?

4. Šta je trenutna naponska karakteristika trenutnog izvora?

5. Zašto se tačka ukrštanja karakteristika struje napona sa osovinom stresa daju magnitude emfa?

Literatura

1. Frish SE, Timoreva A.V. Kurs generalne fizike. T.II, ch.18.

2. Zisman TA, Todes OM Kurs generalne fizike. T. II, § 16.

3. Grabovski RI Kurs fizike, § 84.

Related news

Određivanje elektromotorne sile izvora napajanja naponu karakteristika. Određivanje elektromotorne sile strujnog izvora image, picture, imagery


Određivanje elektromotorne sile izvora napajanja naponu karakteristika. Određivanje elektromotorne sile strujnog izvora 3


Određivanje elektromotorne sile izvora napajanja naponu karakteristika. Određivanje elektromotorne sile strujnog izvora 78


Određivanje elektromotorne sile izvora napajanja naponu karakteristika. Određivanje elektromotorne sile strujnog izvora 3


Određivanje elektromotorne sile izvora napajanja naponu karakteristika. Određivanje elektromotorne sile strujnog izvora 56


Određivanje elektromotorne sile izvora napajanja naponu karakteristika. Određivanje elektromotorne sile strujnog izvora 49


Određivanje elektromotorne sile izvora napajanja naponu karakteristika. Određivanje elektromotorne sile strujnog izvora 51


Određivanje elektromotorne sile izvora napajanja naponu karakteristika. Određivanje elektromotorne sile strujnog izvora 58